Water Splitting by low-temperature waste heat

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K20548
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 27:Chemical engineering and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Adschiri Tadafumi 東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (60182995)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 成 基明 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 特任助教 (30747259) ; 笘居 高明 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (80583351) ; 横 哲 東北大学, 材料科学高等研究所, 講師 (80807339)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2024-03-31
• Keywords: 水の熱化学分解 / 水素生成 / 低温熱利用 / 産業排熱 / 地熱 / ケミカルループ / 反応場分離 / 超臨界ナノ工学

Outline of Final Research Achievements

In this project, thermochemical water splitting was studied using chemical loop method with metal oxide materials as oxygen carriers. By using supercritical method, highly active oxygen carrier nanomaterials were developed. Particulartly, CeO2 based nanomaterials were highly active for both reduction and oxidation by water. This method is promising for the utilization of low-temperature heat and hydrogen production.

Free Research Field

化学工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、地熱や産業排熱などの効率的な利用による水分解により、水素と酸素を分離して回収するプロセスの開発を検討した。そのプロセスを実現するための酸素キャリアとして金属酸化物のナノ材料の合成を行い、200～500 °Cで高活性な酸素キャリアを複数見出した。これはナノサイエンスの分野で大きな成果である。反応場分離による水の熱化学分解についてその概念実証に取り組み、現状800～1000 °Cの領域ではあるがその可能性が見出された。今後は、さらなる低温化や水素および酸素の生成量の増加を目指して、プロセス開発を進めていくことが期待される。